CN111342155B - 一种碱性电池阳极表面活性剂及其制备方法 - Google Patents

一种碱性电池阳极表面活性剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种碱性电池阳极表面活性剂及其制备方法，碱性电池阳极表面活性剂，包括如下重量份的原料：氢氧化钾48‑55份、两性金属氧化物18‑23份、去离子水36‑41份。本发明的碱性电池阳极表面活性剂添加电池配方中，可提高阳极利用率以及电池常温存储寿命，使电池漏液率可大幅下降，可有效防止电池阳极在制造和存储过程中发生钝化，同时防止体系反应载体电解液发生浓差极化现象，其制备方法操作简便，控制方便，生产效率高，成本低，能适用于工业化生产。

Description

一种碱性电池阳极表面活性剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种碱性电池阳极表面活性剂的方法。
背景技术
碱性电池亦称为碱性干电池、碱性锌锰电池、碱锰电池，是锌锰电池系列中性能较为优越的品种，在各电池品种中，其具有放电量大及使用时间长的优点，一般的，同等型号的碱性电池是普通电池的容量和放电时间的3-7倍，低温性能两者差距更大，碱性电池更适用于大电流连续放电和要求高的工作电压的用电场合，特别适用于照相机、闪光灯、剃须刀、电动玩具、CD机、大功率遥控器、无线鼠标，键盘等，已日益得到了广泛的应用，
然而，现有的碱性电池阳极在制造和存储过程中容易发生钝化现象，同时防止体系反应载体电解液发生浓差极化现象，且现有的碱性电池在经过一段时间放置后，易漏出电解液，有待进一步的改进。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种碱性电池阳极表面活性剂，该表面活性剂添加电池配方中，可提高阳极利用率以及电池常温存储寿命，使电池漏液率可大幅下降，可有效防止电池阳极在制造和存储过程中发生钝化，同时防止体系反应载体电解液发生浓差极化现象。
本发明的另一目的在于提供一种碱性电池阳极表面活性剂的制备方法,该制备方法操作简便，控制方便，生产效率高，成本低，能适用于工业化生产。
本发明的再一目的在于提供一种碱性电池阳极材料，可提高阳极利用率以及电池常温存储寿命，使电池漏液率可大幅下降，可有效防止电池阳极在制造和存储过程中发生钝化，同时防止体系反应载体电解液发生浓差极化现象。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种碱性电池阳极表面活性剂，包括如下重量份的原料：
氢氧化钾 48-55份
两性金属氧化物 18-23份
去离子水 36-41份。
进一步的，所述两性金属氧化物为氧化锌。
本发明的碱性电池阳极表面活性剂通过应用偏锌酸盐的强亲水性、黏稠性、强分散性，防止电池阳极在制造和存储过程中发生钝化，同时防止体系反应载体电解液发生浓差极化现象。本发明的碱性电池阳极表面活性剂活性剂添加后，阳极利用率高；与现有电池的阳极锌含量相比在同等放电条件下更节约；可提高电池常温存储寿命可提高,且电池漏液率可大幅下降。
本发明的另一目的通过下述技术方案实现： 上述碱性电池阳极表面活性剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤A：取去离子水27-30份中，加入氢氧化钾48-55份，并不断搅拌；
步骤B：加入两性金属氧化物18-23份，并不断搅拌，加热；
步骤C：待两性金属氧化物反应完全后，停止加热后进行第一次冷却；
步骤D：第一次冷却后，再次加入去离子水9-11份，并不断搅拌，得到混合物Ⅰ；
步骤E：将步骤D得到的混合物Ⅰ冷却至常温后沉淀,得到混合物Ⅱ；
步骤F：将步骤E得到的混合物Ⅱ灌装，得到碱性电池阳极表面活性剂；
进一步的，所述步骤B中，加入两性金属氧化物后加热升温至175-205℃。
进一步的，所述步骤C中，第一次冷却过程中，冷却至温度为95-105℃。
本发明还提供一种碱性电池阳极材料，所述碱性电池阳极材料包括上述碱性电池阳极表面活性剂。
进一步的，所述碱性电池阳极材料包括如下重量份的原料：锌粉60-66.7份、聚丙烯酸0.22-0.28份、聚丙烯酸钠0.3-0.34份、二氧化钛0.19-0.23份、碱性电池阳极表面活性剂6-6.6份、电解质29-30.2份。
进一步的，所述电解质包括如下重量份的原料：阳极电解质A 25-26份、阳极电解质B 4-4.2份。
进一步的，所述阳极电解质A包括如下重量份的原料：氢氧化钾 42-47份、氧化锌2.6-3份、去离子水 47-53份。
进一步的，所述阳极电解质B包括如下重量份的原料：活性剂1.5-2.5份、去离子水97.5-98.5份。优选的，所述活性剂为活性剂FM-01。
本发明的有益效果在于：本发明的碱性电池阳极表面活性剂添加电池配方中，可提高阳极利用率以及电池常温存储寿命，使电池漏液率可大幅下降，可有效防止电池阳极在制造和存储过程中发生钝化，同时防止体系反应载体电解液发生浓差极化现象，其制备方法操作简便，控制方便，生产效率高，成本低，能适用于工业化生产。
附图说明
图1是本发明碱性电池阳极表面活性剂的制备工艺流程图。
图2是本发明实施例1与对比例1的 3.9欧姆连放到0.8伏放电图对比图。
图3是本发明实施例1与对比例1的10欧姆连放到0.8伏放电图对比图。
图4是本发明实施例1与对比例1的电池高温衰减对比图。
图5是本发明实施例1与对比例1的阳极利用率对比图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例及附图1-5对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
本实施例中，一种碱性电池阳极表面活性剂，包括如下重量份的原料：
氢氧化钾 51份
两性金属氧化物 20.5份
去离子水 38.5份。
进一步的，所述两性金属氧化物为氧化锌。
上述碱性电池阳极表面活性剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤A：取去离子水28.5份中，加入氢氧化钾51份，并不断高速搅拌；
步骤B：加入两性金属氧化物20.5份，并不断搅拌，加热；
步骤C：待两性金属氧化物反应完全后，停止加热后进行第一次冷却；
步骤D：第一次冷却后，再次加入去离子水10份，并不断高速搅拌，得到混合物Ⅰ；
步骤E：将步骤D得到的混合物Ⅰ冷却至常温后沉淀,得到混合物Ⅱ；
步骤F：将步骤E得到的混合物Ⅱ灌装，得到碱性电池阳极表面活性剂；
进一步的，所述步骤B中，加入两性金属氧化物后加热升温至190℃。
进一步的，所述步骤C中，第一次冷却过程中，冷却至温度为100℃。
本实施例的碱性电池阳极表面活性剂的制备工艺流程图如图1所示。本实施例的碱性电池阳极表面活性剂为无色乳状液态，偏碱性，密度1.95g/mL左右。
本实施例还提供一种碱性电池阳极材料，所述碱性电池阳极材料包括上述碱性电池阳极表面活性剂。
进一步的，所述碱性电池阳极材料包括如下重量份的原料：锌粉63.3份、聚丙烯酸0.25份、聚丙烯酸钠0.32份、二氧化钛0.21份、碱性电池阳极表面活性剂6.3份、电解质29.6份。所述电解质包括如下重量份的原料：阳极电解质A 25.5份、阳极电解质B 4.1份。
进一步的，所述阳极电解质A包括如下重量份的原料：氢氧化钾 45份、氧化锌2.8份、去离子水 49份。所述阳极电解质B包括如下重量份的原料：活性剂1.8份、去离子水98份。所述活性剂为活性剂FM-01。
实施例2
本实施例中，一种碱性电池阳极表面活性剂，包括如下重量份的原料：
氢氧化钾 48份
两性金属氧化物 18份
去离子水 36份。
进一步的，所述两性金属氧化物为氧化锌。
上述碱性电池阳极表面活性剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤A：取去离子水27份中，加入氢氧化钾48份，并不断高速搅拌；
步骤B：加入两性金属氧化物18份，并不断搅拌，加热；
步骤C：待两性金属氧化物反应完全后，停止加热后进行第一次冷却；
步骤D：第一次冷却后，再次加入去离子水9份，并不断高速搅拌，得到混合物Ⅰ；
步骤E：将步骤D得到的混合物Ⅰ冷却至常温后沉淀,得到混合物Ⅱ；
步骤F：将步骤E得到的混合物Ⅱ灌装，得到碱性电池阳极表面活性剂；
进一步的，所述步骤B中，加入两性金属氧化物后加热升温至175℃。
进一步的，所述步骤C中，第一次冷却过程中，冷却至温度为95℃。
本实施例还提供一种碱性电池阳极材料，所述碱性电池阳极材料包括上述碱性电池阳极表面活性剂。
进一步的，所述碱性电池阳极材料包括如下重量份的原料：锌粉60份、聚丙烯酸0.22份、聚丙烯酸钠0.3份、二氧化钛0.19份、碱性电池阳极表面活性剂6份、电解质29份。所述电解质包括如下重量份的原料：阳极电解质A 25份、阳极电解质B 4份。
进一步的，所述阳极电解质A包括如下重量份的原料：氢氧化钾 42份、氧化锌2.6份、去离子水 47份。所述阳极电解质B包括如下重量份的原料：活性剂1.5份、去离子水97.5份。
实施例3
本实施例中，一种碱性电池阳极表面活性剂，包括如下重量份的原料：
氢氧化钾 55份
两性金属氧化物 23份
去离子水 41份。
进一步的，所述两性金属氧化物为氧化锌。
上述碱性电池阳极表面活性剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤A：取去离子水30份中，加入氢氧化钾55份，并不断高速搅拌；
步骤B：加入两性金属氧化物23份，并不断搅拌，加热；
步骤C：待两性金属氧化物反应完全后，停止加热后进行第一次冷却；
步骤D：第一次冷却后，再次加入去离子水11份，并不断高速搅拌，得到混合物Ⅰ；
步骤E：将步骤D得到的混合物Ⅰ冷却至常温后沉淀,得到混合物Ⅱ；
步骤F：将步骤E得到的混合物Ⅱ灌装，得到碱性电池阳极表面活性剂；
进一步的，所述步骤B中，加入两性金属氧化物后加热升温至205℃。
进一步的，所述步骤C中，第一次冷却过程中，冷却至温度为105℃。
进一步的，所述碱性电池阳极材料包括如下重量份的原料：锌粉66.7份、聚丙烯酸0.28份、聚丙烯酸钠0.34份、二氧化钛0.23份、碱性电池阳极表面活性剂6.6份、电解质30.2份。所述电解质包括如下重量份的原料：阳极电解质A 26份、阳极电解质B 4.2份。
进一步的，所述阳极电解质A包括如下重量份的原料：氢氧化钾 47份、氧化锌3份、去离子水 53份。
进一步的，所述阳极电解质B包括如下重量份的原料：活性剂2.5份、去离子水98.5份。
本实施例还提供一种碱性电池阳极材料，所述碱性电池阳极材料包括上述碱性电池阳极表面活性剂。
实施例4
本实施例与上述实施例1的区别在于：
一种碱性电池阳极表面活性剂，包括如下重量份的原料：
氢氧化钾 50份
两性金属氧化物 19份
去离子水 38份。
进一步的，所述两性金属氧化物为氧化锌。
上述碱性电池阳极表面活性剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤A：取去离子水28份中，加入氢氧化钾50份，并不断高速搅拌；
步骤B：加入两性金属氧化物19份，并不断搅拌，加热；
步骤C：待两性金属氧化物反应完全后，停止加热后进行第一次冷却；
步骤D：第一次冷却后，再次加入去离子水10份，并不断高速搅拌，得到混合物Ⅰ；
步骤E：将步骤D得到的混合物Ⅰ冷却至常温后沉淀,得到混合物Ⅱ；
步骤F：将步骤E得到的混合物Ⅱ灌装，得到碱性电池阳极表面活性剂；
进一步的，所述步骤B中，加入两性金属氧化物后加热升温至195℃。
进一步的，所述步骤C中，第一次冷却过程中，冷却至温度为100℃。
本实施例还提供一种碱性电池阳极材料，所述碱性电池阳极材料包括上述碱性电池阳极表面活性剂。
对比例1
采用对比例1作为对照组。本对比例中，一种碱性电池阳极材料包括如下重量份的原料：锌粉66.7份、聚丙烯酸0.27份、聚丙烯酸钠0.33份、二氧化钛0.44份、电解质32.2份。本对比例的其余内容与实施1相同，这里不再赘述。
将实施例1和对比例1碱性电池阳极材料分别进行性能参数测定，实施例1与对比例1的 3.9欧姆连放到0.8伏放电图、实施例1与对比例1的10欧姆连放到0.8伏放电图、实施例1与对比例1的电池高温衰减对比图、实施例1与对比例1的阳极利用率对比图分别如图2-5所示（实施例1记作SF）。
其中，电池高温衰减对比条件如下：高温条件：60℃；存储时间: 6周；放电模式：3.9欧姆，每天4小时截止电压0.9V；样品：每周拿出9个放电。
与实施例1相比，对比例1未添加碱性电池阳极表面活性剂。由图2-3的连放数据对比可以看出，采用实施例1的碱性电池阳极，其放电时间更长。
由图4可以看出，采用实施例1的碱性电池阳极，其高温衰减更少，由100%衰减至85.6%，而同等条件下，对比例1的对照组由100%衰减至77.1%。
由图5可以看出，采用实施例1的碱性电池阳极，其阳极中心剩余锌非常少，而对比组阳极中心剩余锌相对较多。
本发明的碱性电池阳极表面活性剂添加电池配方中，可提高阳极利用率以及电池常温存储寿命，阳极利用率可达到99.5%，本发明的电池常温存储寿命相对于现有的普通碱性电池可提高2年左右，阳极锌含量在同等放电条件下可节约5%；且使电池漏液率可大幅下降，可有效防止电池阳极在制造和存储过程中发生钝化，同时防止体系反应载体电解液发生浓差极化现象，其制备方法操作简便，控制方便，生产效率高，成本低，能适用于工业化生产。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种碱性电池阳极材料，其特征在于：所述碱性电池阳极材料包括如下重量份的原料：锌粉60-66.7份、聚丙烯酸0.22-0.28份、聚丙烯酸钠0.3-0.34份、二氧化钛0.19-0.23份、碱性电池阳极表面活性剂6-6.6份和电解质29-30.2份；
每份所述碱性电池阳极表面活性剂包括如下重量份的原料：氢氧化钾48-55份、两性金属氧化物18-23份和去离子水36-41份；
所述电解质包括如下重量份的原料：阳极电解质A 25-26份和阳极电解质B 4-4.2份；每份所述阳极电解质A包括如下重量份的原料：氢氧化钾42-47份、氧化锌2.6-3份和去离子水47-53份；每份所述阳极电解质B包括如下重量份的原料：活性剂1.5-2.5份和去离子水97.5-98.5份；
所述碱性电池阳极表面活性剂的制备方法包括如下步骤：
步骤A：取去离子水27-30份中，加入氢氧化钾48-55份，并不断搅拌；
步骤B：加入两性金属氧化物18-23份，并不断搅拌，加热；所述两性金属氧化物为氧化锌；
步骤C：待两性金属氧化物反应完全后，停止加热后进行第一次冷却；
步骤D：第一次冷却后，再次加入去离子水9-11份，并不断搅拌，得到混合物Ⅰ；
步骤E：将步骤D得到的混合物Ⅰ冷却至常温后沉淀,得到混合物Ⅱ；
步骤F：将步骤E得到的混合物Ⅱ灌装，得到碱性电池阳极表面活性剂。
2.根据权利要求1所述的一种碱性电池阳极材料，其特征在于：所述步骤B中，加入两性金属氧化物后加热升温至175-205℃。
3.根据权利要求1所述的一种碱性电池阳极材料，其特征在于：所述步骤C中，第一次冷却过程中，冷却至温度为95-105℃。
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